Экспериментальные установки и методики исследования пленок SiC, Сканирующее зондовая микроскопия и ее принцип работы - Изоморфизм и варизонные структуры карбида кремния

Сканирующее зондовая микроскопия и ее принцип работы

В основе работы СЗМ лежат различные типы взаимодействия зонда с поверхностью образца. Характерное расстояние между зондом и образцом составляет 0,1-10 нм.

Контроль этого расстояния осуществляется при помощи системы обратной связи (ОС), представленной на рисунке 2.1.

обобщенная схема работы системы обратной связи сзм

Рис. 2.1. Обобщенная схема работы системы обратной связи СЗМ

Для реализации ОС необходима резкая и взаимнооднозначная зависимость характеристики взаимодействия зонда с поверхностью от расстояния зонд-образец .

В процессе работы система ОС поддерживает постоянным значение, равным величине , задаваемой оператором.

При изменении расстояния зонд-образец (вследствие изменения рельефа поверхности образца под зондом в результате перемещения зонда в плоскости ) происходит соответствующее изменение .

В системе ОС формируется сигнал , определяемый величиной ошибки , используемый для коррекции сигнала , управляющего сканером (функциональным элементом СЗМ, отвечающим за прецизионное позиционирование зонда над образцом), который приближает зонд к поверхности или отодвигает его до тех пор, пока не станет равным нулю.

В существующих СЗМ расстояние зонд-образец удается поддерживать с высокой точностью ~ 0,01.

Таким образом, система ОС отрабатывает изменения параметра, обусловленные рельефом поверхности при перемещении зонда в плоскости (сканировании), при этом сигнал , управляющий сканером, используется для реконструкции рельефа поверхности образца.

Работу системы ОС можно проследить на примере измерения рельефа ступеньки поверхности тестового образца. На рисунке 1.2 приведен сигнал на сканере, пропорциональный высоте рельефа поверхности, и соответствующий ему сигнал ошибки в системе ОС при сканировании одиночной линии.

Когда зонд встречает на своем пути ступеньку, происходит сильное изменение силы взаимодействия вследствие резкого сокращения расстояния зонд-образец.

Система микроскопа детектирует это изменение и строит разностный сигнал, определяющий степень отклонения силы взаимодействия от заданного оператором значения . ОС отрабатывает возникшую ошибку и поднимает сканер (увеличивает ), чтобы отвести зонд от поверхности.

В результате величина ошибки довольно быстро уменьшается, и система приходит в равновесие, соответствующее. При достижении зондом конца ступеньки ситуация повторяется с точностью до знака ошибки (рисунок 2.2).

сигнал ошибки (вверху) и сигнал на сканере (внизу), соответствующий рельефу поверхности, при сканировании ступеньки поверхности тестового образца

Рис. 2.2. Сигнал ошибки (вверху) и сигнал на сканере (внизу), соответствующий рельефу поверхности, при сканировании ступеньки поверхности тестового образца

Для получения СЗМ изображения зонд движется над поверхностью образца, осуществляя строчную и кадровую развертку, а величина сигнала, пропорциональная рельефу поверхности, записывается в память компьютера. Компьютерная обработка полученного сигнала позволяет получить СЗМ изображение рельефа поверхности Z(x, y), которое строится с помощью средств компьютерной графики. Наряду с исследованием рельефа поверхности, СЗМ позволяет изучать различные свойства поверхности: механические, электрические, магнитные, оптические и многие другие.

Похожие статьи




Экспериментальные установки и методики исследования пленок SiC, Сканирующее зондовая микроскопия и ее принцип работы - Изоморфизм и варизонные структуры карбида кремния

Предыдущая | Следующая